KR20180095972A - High-speed automated optical inspection apparatus supporting double scan approach - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 검사 속도를 향상시키는 자동광학검사 장치에 관한 것으로, 기존의 자동광학검사(AOI, automated optical inspection) 장치를 개선하여 라인스캔(Line scan) 카메라와 영역스캔(Area scan) 카메라를 동시에 지원하는 병행 구조를 적용함으로써 검사 대상물(피검사체)을 빠르고 정밀하게 검사한 후 불량을 검출하는 고속의 영상 검사장치를 포함한 것이다.The present invention relates to an automatic optical inspection apparatus for improving the inspection speed, and it is an object of the present invention to improve a conventional automatic optical inspection (AOI) apparatus to simultaneously support a line scan camera and an area scan camera And a high-speed image inspection apparatus for detecting defects after quickly and precisely inspecting an inspection object (subject) by applying a parallel structure to the inspection object.
자동광학 검사(AOI)는 인쇄 회로 기판 제조 공정, 평판 디스플레이(FPD), 전자부품 등의 분야에서 필름, 내·외층 회로의 패턴 불량 등을 자동으로 검사하는 기기이다. Automatic optical inspection (AOI) is a device that automatically inspects film, defective patterns of inner and outer layers in the field of printed circuit board manufacturing process, flat panel display (FPD) and electronic parts.
이는 현미경을 이용한 검사를 대체하여 패턴 불량 검사의 정확도를 높여왔으며 회로 설계 상태를 검사할 수 있어 불량품을 극소화하여 생산 수율을 향상시킬 수 있다. 자동 광학 검사기는 컴퓨터 제어 시스템을 통해 인쇄회로기판 등 검사되고 있는 다른 제품 또는 기타 물체 위로 카메라를 보내서 이미지를 형성하는 카메라와 관련하여 빛이 특정한 각에서 해당 제품 또는 물체에 투사함으로써 카메라의 영역 내에 있는 여러 부분의 이미지를 확보하고, 이를 해당 영역이 갖출 것으로 예상되는 형상으로부터 결함 정보를 추출, 분석 및 불량판정하고 작업자에게 인터페이스를 통해 검출한 불량에 대한 정보를 확인하도록 한다.This has improved the accuracy of the pattern defect inspection by replacing the microscopic inspection, and it is possible to check the circuit design condition, thereby minimizing defective products and improving the production yield. An automatic optical tester is a system that, through a computer control system, sends a camera over another product or other object that is being inspected, such as a printed circuit board, in the area of the camera by projecting light from that particular angle onto the product or object Obtains images of various parts, extracts defect information from the shape expected to have the corresponding area, analyzes and determines defective, and confirms the information on defects detected through the interface to the operator.
이러한 자동 광학 검사기를 이용하여 인쇄회로기판의 결함에 대하여 검사할 때, 스캔(scan)이 끝난 후에 PCB의 이미지 전체를 저장하여 이미지 상에서 정렬을 하고 프로세싱하는 과정에서 처리시간이 많이 걸리는 문제점이 있었다.When inspecting a defect of a printed circuit board using such an automatic optical inspection apparatus, there is a problem that a process takes a long time in the process of storing and processing an entire image of the PCB after the scan is finished and processing the image.
이러한 소요시간의 상당 부분은 기판 상에 형성된 패턴에 실제 발생된 결함과 기판 상에 흡착된 이물이 결함을 검출하여 구분하는 과정에서 발생한다. 이물에 기인하는 결함은 실제 결함 불량이 아니므로, 작업자의 확인을 통해 선별 제거되고 있다. 작업자는 이러한 실제 패턴에 발생된 결함 불량이 아닌 나머지 불량을 확인하고 선별하는 재작업 검정을 수행해야 하므로, 인쇄회로기판의 패턴 불량 검사에 소요되는 검사 기간이 증대한다.Much of the required time is generated in the process of detecting defects actually detected in the pattern formed on the substrate and foreign matter adsorbed on the substrate. Defects caused by foreign substances are not defective in actual defects, so they are selectively removed by confirmation of the operator. The operator must perform a re-work test to identify and select the remaining defects other than the defect defects generated in the actual pattern, so that the inspection period required for pattern defect inspection on the printed circuit board increases.
이와 함께 전자제품이 소형화, 경량화, 고기능화됨에 따라 인쇄회로기판(PCB) 위의 부품들은 크기도 작아지고 배치도 고밀도화가 되어, 이를 생산하는 작업방법이 더욱 정밀하고 고속화되고 있다. 특히, 검출 이물질의 미소화로 인하여 반도체 결함 검사 장비는 고정밀도의 검사 장비가 필요며, 검출 감도가 높아지면 검출되는 이물질이나 결함의 수도 기하급수적으로 증가하기 때문에 고속의 검사 장비가 필요하다.In addition, as electronic products become smaller, lighter, and more sophisticated, parts on a printed circuit board (PCB) become smaller in size and higher in density, and work methods for producing them are becoming more precise and faster. Especially, due to the micro-deterioration of the detected foreign matter, the semiconductor defect inspection equipment requires high-precision inspection equipment. As the detection sensitivity increases, the number of foreign substances or defects detected increases exponentially.
이러한 검출의 문제점으로 인해 검사시간의 증대 뿐 아니라 생산성 저하, 작업자의 집중력 감소 및 피로도 증가가 유발될 수 있고 기 공정에서 불량을 발생하게 되는 등의 문제점이 발생하였으며, 자동화된 검사에 맞는 이미지를 만들기 위하여 영상기반 광학검사 장비의 검사 속도와 검사 정확도(성능)를 향상시킬 수 있는 기술이 강구되어야 한다.As a result of this detection problem, not only an increase in the inspection time but also a decrease in the productivity, a decrease in the concentration of the operator and an increase in the fatigue, and a defect in the process have occurred, In order to improve the inspection speed and inspection accuracy (performance) of image-based optical inspection equipment, techniques should be developed.
본 발명은 선행기술의 검출에 대한 문제점 해결을 위하여 영상검사장비에 라인스캔(Line scan) 카메라와 영역스캔(Area scan) 카메라를 통합으로 탑재함으로써 검사 대상물의 검사 속도와 검사 성능을 향상시켜, 제품의 품질을 보장하고 전체 생산성을 향상시킬 수 있는 고속의 정밀하고 신뢰성 높은 자동광학검사(AOI)이 가능한 시스템에 관한 것이다.The present invention improves inspection speed and inspection performance of an object to be inspected by incorporating a line scan camera and an area scan camera integrally in the image inspection equipment in order to solve the problem of detection of the prior art, (AOI) capable of high-speed, high-precision, and reliable operation that can guarantee the quality of the image and improve overall productivity.
상기 목적은 라인스캔(Line scan) 카메라와 영역스캔(Area scan) 카메라의 각각의 장점을 통합적용하여 달성된다. The above object is achieved by integrating the advantages of each of a line scan camera and an area scan camera.
이는 피검사체의 영상을 촬영하는 영상 검사 장치와 영상 검사 장치를 제어하여 카메라 및 조명을 조절하고 영상 검사 장치에서 촬영된 영상을 분석하여 피검사체의 품질을 검사하는 제어 장치로 구성된다.This is constituted by a control device for controlling the camera and the illumination by controlling the image inspection device and the image inspection device for photographing the image of the subject and analyzing the image taken by the image inspection device to inspect the quality of the subject.
영상 검사 장치는 피검사체의 영상을 촬영하는 촬영부; 피검사체의 표면 검사를 위한 조명광을 조사하는 조명부; 촬영부와 조명부 제어를 위한 모듈, 작업대, 지지대를 포함하는 구동부로 구성되며, 스테이지 상의 피검사체를 촬영하는 촬영부는 라인스캔(Line scan) 카메라와 영역스캔(Area scan) 카메라 등 두 가지 종류의 카메라가 장착되고, 조명부는 피검사체에 표면 검사를 위한 조명광을 조사하는 부분으로 동축, 원형, 투과 조명으로 구성되며, 구동부는 피검사체가 위치하는 작업대와 촬영부 및 조명부가 장착되는 지지대, 제어장치 및 이것과의 통신 모듈이 배치되는 컴퓨터로 구성됨되며, 제어장치는 영상 검사 장치로부터 촬영된 영상을 수신하는 영상 수신부; 영상 수신부를 통해 수신된 영상을 분석하고 저장하는 영상 처리부; 스캔 이미지와 양품 이미지를 비교하여 피검사체의 외관을 검사하는 외관 검사부; 영상의 품질 분석 결과에 따라 영상 검사 장치를 제어하기 위한 제어 신호를 발생하는 장치 제어부로 구성된다.The image inspection apparatus includes: a photographing unit for photographing an image of a subject; An illumination unit for irradiating illumination light for surface inspection of the inspection object; And a driving unit including a module for controlling the photographing unit and the illumination unit, a workbench, and a support, and the photographing unit for photographing the subject on the stage includes two types of cameras such as a line scan camera and an area scan camera The driving unit is composed of a work table on which an object to be inspected is located, a support table on which the photographing unit and the illuminating unit are mounted, a control unit, and a display unit. The illumination unit is a part for irradiating illumination light for surface inspection on the object to be inspected, And a computer in which a communication module with the communication module is disposed, wherein the control device comprises: an image receiving unit for receiving a photographed image from the image inspection apparatus; An image processing unit for analyzing and storing the image received through the image receiving unit; An appearance inspecting unit for inspecting the appearance of the subject by comparing the scanned image and the good image; And a device control unit for generating a control signal for controlling the image inspection apparatus according to the quality analysis result of the image.
이러한 본 발명으로 인해 라인스캔(Line scan) 카메라와 영역스캔(Area scan) 카메라 각각의 장점을 이용하여 자동광학검사(AOI)를 고속화하고 정밀도를 향상시킴으로써 제품 불량 판정 시간을 단축하는 이점이 있다.According to the present invention, the advantages of each of the line scan camera and the area scan camera are utilized to speed up the automatic optical inspection (AOI) and improve the precision, thereby shortening the product defect determination time.
이와 함께 피검사체가 복수 개를 촬영된 경우에도 이들을 자동으로 분류하여 불량을 처리할 수 있다. 라인스캔(Line scan) 카메라를 통해 검사 대상 제품의 전체 또는 연속화된 영상 정보를 획득하여 다양한 불량 종류에 따른 검사 대상 제품의 불량 여부를 고속으로 정확하게 검사할 수 있으며, 영역스캔(Area scan) 카메라를 통해 기본검사에서 불량으로 판별된 영역 또는 불량 의심 영역, 즉 관심 영역(ROI)에 대하여 자동화된 고정밀 영상 정보 수집 및 고속 정밀 검사할 수 있다.In addition, even when a plurality of objects are photographed, they can be automatically classified and defective can be processed. Line scan cameras can acquire full or sequential image information of the inspection target product, and it is possible to check the defectiveness of the inspection target product according to various defect types at high speed and accurately, and to perform an area scan , It is possible to collect high-precision image information and perform high-speed close inspection on a region determined to be defective or a bad suspicious region, that is, a region of interest (ROI).
본 발명에 따르면 라인스캔 및 영역스캔 카메라로부터 수신된 영상을 기반으로 불량 검출 알고리즘에 따라 피검사체의 불량 여부를 검사하며, 각 카메라로 획득한 영상의 품질을 검사하여 기준치에 미달하는 경우 자동으로 재촬영하는 기능과 라인스캔 카메라로 획득한 영상에서 불량으로 판정되거나 불량이 의심스러운 영역, 사용자가 지정한 영역에 대하여 영역스캔 카메라를 통해 자동으로 영상 획득을 할 수 있다.According to the present invention, it is checked whether a subject is defective according to a defect detection algorithm based on an image received from a line scan and an area scan camera, and the quality of an image acquired by each camera is inspected. It is possible to acquire the image automatically through the area scan camera for the function to shoot and the area which is judged to be defective or suspected to be defective in the image acquired by the line scan camera or the area designated by the user.
제어장치는 영상 검사 장치로부터 촬영된 영상을 수신하는 영상 수신부, 영상 수신부를 통해 수신된 영상을 분석하고 저장하는 영상 처리부, 스캔 이미지와 양품 이미지를 비교하여 피검사체의 외관을 검사하는 외관 검사부, 영상의 품질 분석 결과에 따라 영상 검사 장치를 제어하기 위한 제어 신호를 발생하는 장치 제어부로 구성된다.The control device includes an image receiving unit for receiving the image captured by the image inspection apparatus, an image processing unit for analyzing and storing the image received through the image receiving unit, an external inspection unit for checking the appearance of the subject by comparing the scanned image and the good image, And a device control unit for generating a control signal for controlling the image inspection apparatus according to the quality analysis result of the image inspection apparatus.
영상 수신부는 촬영부, 즉 라인스캔 영상과 영역스캔 카메라로부터 촬영된 영상을 수신하여 영상처리부로 전달하며, 촬영부와의 연결방식은 Camera Link를 사용하며 대용량 이미지 처리 및 고속 전송이 가능하다. 각 카메라의 하드웨어 스펙은 고객의 요구에 따라 결정되며 다양한 종류의 카메라를 탑재할 수 있으며, 라인스캔 카메라를 이용하여 대면적의 기판의 이물이나 패턴, 칩의 본딩 상태 등을 빠르고 정밀하게 검사 할 수 있으며 대면적 디스플레이, 대면적 PCB, RFID, 터치스크린, 대면적 Board, CIS Module 등에 적용할 수 있다.The image receiving unit receives the image taken from the photographing unit, that is, the line scan image and the area scan camera, and transmits the image to the image processing unit. The connection method with the photographing unit uses a camera link, The hardware specifications of each camera are determined according to the customer's demand. Various types of cameras can be mounted. Line scan cameras can be used to quickly and precisely inspect foreign objects, patterns, and chip bonding conditions of large area substrates. It can be applied to large area display, large area PCB, RFID, touch screen, large area board, CIS module.
영상 처리부는 영상 수신부로부터 전달받은 영상에 대하여 다음의 절차로 처리한다. 라인스캔 카메라로 촬영된 영상을 분석하여 주파수 성분 및 엣지(Edge) 성분을 추출하고, 추출된 성분을 이용하여 품질을 검사한 후 적합한 영상인 경우 외관 검사부로 전달한다. 영상의 품질이 미리 설정된 기준치에 미달하는 경우 재검사(촬영)를 위한 제어 신호를 구동부로 전송하며, 라인스캔 카메라로 촬영된 영상의 품질이 적합한 경우, 외관 검사부에서 레시피(recipe)를 기반으로 1차 검사를 수행한다. 영역스캔 카메라로 촬영된 영상의 결과로 불량으로 판정되거나 의심스러운 영역 또는 사용자가 지정한 영역에 대한 영상을 분석하여 주파수 성분 및 엣지(Edge) 성분을 추출하고, 추출된 성분을 이용하여 품질을 검사한 후 적합한 영상인 경우 외관 검사부로 전달한다. 영상의 품질이 미리 설정된 기준치에 미달하는 경우 재검사(촬영)를 위한 제어 신호를 구동부로 전송하며, 영상의 품질이 적합한 경우, 외관 검사부에서 레시피(recipe)를 기반으로 2차 검사(정밀)를 수행한다.The image processing unit processes the image received from the image receiving unit by the following procedure. An image captured by a line scan camera is analyzed to extract a frequency component and an edge component, and the quality is checked using the extracted components. If the quality of the image is less than a preset reference value, a control signal for retesting (photographing) is transmitted to the driving unit. If the quality of the image captured by the line scan camera is appropriate, Perform the inspection. Area Scan A frequency component and an edge component are extracted by analyzing an image of a region determined to be defective as a result of an image captured by a camera or a region of a suspicious region or a user-designated region, and the quality is checked using the extracted component If the image is suitable, it is transferred to the visual inspection unit. If the quality of the image is less than a preset reference value, a control signal for retesting (photographing) is transmitted to the driving unit. If the quality of the image is appropriate, a secondary inspection (precision) is performed on the basis of a recipe at the appearance inspection unit do.
외관 검사부는 피검사체의 불량 유무 및 유형을 자동으로 검사할 수 있도록 스캔 이미지와 양품 이미지(recipe)를 세그먼트로 분할하고 각 세그먼트에 대한 중심을 확인하고, 세그먼트에 대한 중심의 개수 또는 중심 간의 거리를 비교하고, 세그먼트에 대한 에지선을 추출하여 에지선이 서로 겹치는지 확인하고, 이에 따른 패턴을 거리비교방식과 조합하여 해당 피검사체의 불량 여부를 판단하며, 피검사체의 불량 여부의 판단 결과로 분석(측정) 데이터를 생성ㆍ저장한다.The visual inspection unit divides the scanned image and the good image recipe into segments, identifies the center for each segment, and calculates the distance between the center and the center of the segment so that the inspection image can be automatically inspected for the presence / The edge lines of the segments are extracted to check whether the edge lines are overlapped with each other. Then, the patterns are combined with the distance comparison method to determine whether the subject is defective or not. (Measurement) data.
분석(측정) 데이터에는 피검사체 식별정보, 배열정보(레이아웃), 불량 유무 및 불량 종류, 판정결과 등이 포함되며, 라인스캔 영상에 대한 분석 결과로 불량으로 판정된 경우, 불량이 발견된 피검사체 상의 좌표를 기록하여 영역스캔 카메라를 통해 정밀 측정을 수행할 수 있도록 하여, 영역스캔 영상에 대한 분석 결과에 1차 판정된 불량의 진위 여부(최종 판정결과)를 함께 저장하여 제품의 불량 발생 통계 데이터로 활용한다. 이를 기계학습(self-learning) 데이터로 사용되며, 추후 타 품질공정시스템과의 연동을 통해 공정 개선을 위한 데이터로 활용한다.The analysis (measurement) data includes subject identification information, arrangement information (layout), presence / absence of defects and types of defects, determination results, etc. When it is determined as a result of analysis on the line scan image, (Final determination result) of the defect determined first in the analysis result on the area scan image is stored together with the defect occurrence statistical data of the product . It is used as self-learning data, and it is used as data for process improvement through interworking with other quality process system.
라인스캔 및 영역스캔 영상(원본)과 별도로 피검사체의 스케일 및 치수 오버레이가 포함된 영상도 저장ㆍ관리하며, 외관 검사부에서 사용할 양품 데이터(recipe)는 피검사체의 도면을 이용하여 자동으로 등록하거나 샘플 이미지 측정을 통해 자동으로 등록할 수 있으며, 사용자가 다음의 측정ㆍ검출도구를 이용하여, 양품 데이터(recipe)를 수동으로 등록하거나 사용자가 등록한 Recipe를 이용하여 One-click으로 자동으로 측정할 수 있다.The image including the scale and the dimension overlay of the subject separately from the line scan and the area scan image (original) is also stored and managed. The good data to be used in the external inspection unit can be automatically registered using the drawing of the subject, It can be registered automatically by image measurement. Users can register the good data recipe manually by using the following measuring and detecting tools, or automatically measure by one-click using the user-registered recipe .
이는 측정 모델의 전체 이미지와 가이드맵 지원하는 스캔 맵(다이어그램); 선, 원, 호, 위치, 형상 측정 도구 외 패턴을 검색하는 자동/수동 측정 도구; 십자선 점, 클릭 점, 선 에지 점, 선, 원, 호, 만곡 점, Z축 자동 초점, 레이저 거리, 형상, 패턴의 검출 도구 툴; 점, 교차점, 선, 거리, 각도, 원, Z축 단차의 조합 도구; 입자 분석, OCR의 분석 도구; XYZ 평행 이동, XY 회전 이동의 정렬 도구; 점-선-원 조합, 마커 정렬의 정렬 방식으로 구성된다.This includes a scan map (diagram) that supports the entire image of the measurement model and the guide map; Automatic / manual measurement tools for searching lines, circles, arcs, positions, geometry measurement tools and patterns; Tools for detecting crosshairs, clicks, line edge points, lines, circles, arcs, curved points, Z-axis autofocus, laser distance, shape, and pattern; Tool for combining points, intersections, lines, distances, angles, circles, Z-axis steps; Particle analysis, OCR analysis tools; XYZ translation tool, XY rotation tool; Point-line-circle combination, and marker alignment.
이와함께 장치 제어부는 영상 검사 장치(촬영부, 조명부, 구동부) 등을 제어하는 부분으로 라인스캔/영역스캔 카메라로 촬영된 영상의 품질 검사 결과에 따라서, 필요한 경우 재촬영 및 이를 위한 카메라 및 조명의 각도 조정, 관심 영역(ROI) 촬영을 위한 영역스캔 카메라 자동 제어, 관리 UI를 통한 사용자가 설정한 값에 따라 카메라 및 조명 제어, 관리 UI를 통한 작업자의 조작에 따라 카메라 및 조명 제어를 할 수 있다.In addition, the device control unit controls the image inspection apparatus (photographing unit, illuminating unit, driving unit) and the like. According to the quality inspection result of the image taken by the line scan / area scan camera, Camera control and lighting control according to operator's operation through camera and lighting control and management UI according to the value set by user through automatic UI control, management UI, angle adjustment, area of interest (ROI) .
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